[发明专利]通过施加电流实现原子力显微镜纳米沉积的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米加工领域，具体的说是一种通过在原子力显微镜探针和基底之间施加电流，使探针针尖表面物质运动到基底上，并堆积成纳米点的加工方法。

背景技术

纳米器件是由纳米材料构成的电子器件，比如各种气体传感器，生物传感器，场效应晶体管等等。纳米器件具有优异的性能，比如库仑阻塞效应等。但是目前纳米器件还没有实现广泛的应用，这是因为纳米器件在加工制造方面还存在一些问题，其中一个就是纳米器件的电连接问题。纳米器件是由纳米材料与金属电极装配在一起形成的，装配之后存在的电连接问题如下：

1、纳米材料自然搭接在电极上，没有形成良好的固定。

2、纳米材料与电极间存在很大的接触电阻，影响器件在导电性、抗干扰等方面的性能。

类似于焊接在宏观世界里所起到的作用，纳米器件的加工制造同样需要一种可以实现纳米材料之间可靠固定的电气连接的技术手段。基于AFM的纳米沉积加工可以实现对纳米材料的焊接。目前AFM纳米沉积多采用施加电压脉冲的方式，这种加工方法的重复性和可控性不理想，不能保证每次沉积加工都能成功，而且加工的沉积点不均匀，沉积点高度在几纳米和几百纳米之间变化。而且，目前加工纳米线的方法是加工一系列的纳米点，通过纳米点排列成线，需要多次加工且纳米线不平滑。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种通过施加电流实现原子力显微镜纳米沉积的方法，使加工的沉积点均匀，且一次加工即能实现纳米线的加工。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种通过施加电流实现原子力显微镜纳米沉积的方法，扫描基底表面以确定加工位置；将AFM导电探针移动到加工位置，控制AFM导电探针的针尖和基底接触或离开基底几纳米距离，通过在AFM导电探针的针尖和基底之间施加电流并调节电流大小和电流作用时间来控制沉积点的大小。

所述AFM导电探针是使用镀膜设备在普通AFM探针表面镀上一层金属膜而得到的具有导电能力的AFM探针。

所述控制AFM导电探针的针尖和基底接触或离开基底几纳米距离通过以下方式实现：

使AFM接近基底，通过设置AFM逼近基底过程中悬臂梁的偏转量控制针尖压入基底的距离，实现AFM导电探针的针尖与基底接触或离开基底几纳米距离。

所述电流大小和电流作用时间与沉积点的大小关系由实验结果拟合得出。

所述电流大小和电流作用时间由可编程电流源设定。

当加工纳米点阵列时，通过控制AFM导电探针的针尖在多个加工位置沉积加工出纳米点，形成纳米点阵列。

当加工纳米线时，根据预加工纳米线的高度，AFM导电探针的针尖运动速度范围为10nm/s~1μm/s。

当加工纳米线时，AFM导电探针的针尖运动的速度为10nm/s本发明具有以下优点：

本发明采用施加电流的方式来进行沉积加工，不但可以加工出重复性好、精度高的沉积点，而且可以灵活的控制沉积点的大小。本发明的方法还可以用来加工纳米线。

本方法采用AFM作为加工工具，具有精度高、成本低、操作灵活的优点。本方法使用电流作为沉积加工的电源，加工中的I-V曲线比使用电压作为电源加工时的I-V曲线更加平滑，因此沉积精度更高。通过改变电流的大小和作用时间，可以灵活的调节沉积点的大小。并且可以在AFM探针运动的同时进行沉积加工，高效加工出纳米线。另外本方法在AFM的接触模式下进行加工，加工过程中不需调节AFM针尖与基底之间的距离，操作方法简单。

附图说明

图1为本发明的工作状态示意图；

其中1是AFM导电探针，2是基底，3是导电胶，4是金属样品台，5是可编程电流源；

图2a为电流为20nA时沉积点大小与电流作用时间的关系图；

图2b为电流作用时间为2秒时沉积点大小与电流大小的关系图；

图3为使用本发明中的方法加工的纳米沉积点阵列；

图4为使用本发明中的方法加工的纳米沉积线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

图1为本发明的工作状态示意图。其中1是AFM导电探针，2是基底，3是导电胶，4是金属样品台，5是可编程电流源。

加工方法为：